ナノカーボンへの高濃度ドープ手法の開発と薄膜・エネルギーデバイス応用

纳米碳高浓度掺杂方法的开发及其在薄膜和能源器件中的应用

基本信息

批准号：
12J10710
负责人：
藤澤一範
金额：
$ 1.15万
依托单位：
Shinshu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2013
项目状态：
已结题

项目摘要

平成25年度実施研究内容1)ホウ素、窒素および両元素を同時にドープしたグラフェンのモデル作製と電気化学評価ホウ素および窒素、またはその両方をドープしたグラフェンの詳細な構造を解析しモデルを提案した。ドープを施したグラフェンを電気二重層キャパシタの電極材料として用いた場合、表面積に変化が無いにも関わらず4倍以上の容量向上を示すことを明らかにした。これまでドープを施したグラフェンにおいて多くの報告があるが、十分な構造解析を行っている例はわずかであるため、本結果によりドーパントの存在形態およびドープ効果について理解が進んだ。2)ホウ素ドープグラフェンの表面増強ラマン散乱基板としての可能性高温熱処理によってホウ素ドープグラフェンの作製およびドープ濃度の制御を行った。グラフェンは再現性の高さから表面増強Raman散乱(SERS)の基板として検討されているが、増強効果が既存の基板に比べて低い。ホウ素をドープしたグラフェンを用いて色素分子のRaman散乱を測定した結果、Raman散乱が顕著になり4倍の強度を示した。増強効果の発現はホウ素が導入に由来する局所的な電荷移動と考えているが、さらなる検討が必要である。3)異種元素を用いた高濃度ドープCNTの作製 :カーボンナノチューブ(CNT)に対して大気中真空紫外線処理を施すとCNTの側壁に酸素が導入される。酸素を導入したCNTに対して窒素プラズマを照射することにより多くの窒素を導入できた。この窒素は比較的安定であり高温にて脱離するため、窒素の脱離による空孔を利用したホウ素ドープの高濃度化に成功した。高濃度にホウ素をドープしたCNTはドープ前の1/8と低い抵抗値を示した。

2013年开展的研究 1）掺杂硼、氮和两种元素的石墨烯的模型创建和电化学评估我们分析了掺杂硼和/或氮的石墨烯的详细结构，并提出了一个模型。研究表明，当掺杂石墨烯用作双电层电容器的电极材料时，尽管表面积没有变化，但容量增加了四倍以上。尽管关于掺杂石墨烯的报道很多，但进行了充分结构分析的案例却很少，因此这一结果增进了我们对掺杂剂存在形式和掺杂效应的理解。 2)硼掺杂石墨烯作为表面增强拉曼散射基底的可能性通过高温热处理制备硼掺杂石墨烯并控制掺杂浓度。石墨烯由于其高再现性而被认为是表面增强拉曼散射（SERS）的基底，但其增强效果低于现有基底。当我们使用掺硼石墨烯测量染料分子的拉曼散射时，我们发现拉曼散射变得更加明显，强度是原来的四倍。我们认为增强效应是由于硼的引入导致局部电荷转移造成的，但还需要进一步研究。 3）使用不同元素制备高掺杂碳纳米管：当碳纳米管（CNT）在大气中进行真空紫外处理时，氧被引入到碳纳米管的侧壁中。通过向引入氧的碳纳米管照射氮等离子体，我们能够引入大量的氮。由于这种氮相对稳定并且在高温下解吸，因此我们成功地利用氮解吸产生的空位来提高硼掺杂的浓度。高浓度硼掺杂的CNT的电阻值低至掺杂前的1/8。